当前课程知识点：通信原理 > 第三章 模拟调制系统 > 3.5 线性系统的抗噪声性能 > 视频
今天我们学习线性调制系统的抗噪声性能分析
对通信系统的抗噪声性能分析
实际上就是研究在噪声影响下
模拟通信系统的可靠性
通常用解调器的输出信噪比来衡量
输出信噪比越大
说明通信质量越好
但实际上
输出信噪比不仅与调制解调方式有关
还与输入端已调信号的平均功率和噪声水平有关
单纯地看解调器的输出信噪比
并不能体现不同调制解调方式的性能差异
因此人们通常用解调过程中的信噪比增益
来衡量模拟通信系统的性能
它定义为解调器的输出信噪比
与输入信噪比的比值
也称为调制制度增益
线性调制系统的模型如图所示
已调信号在传输过程中
受到加性高斯白噪声的影响
到达接收端后
信号首先通过带通滤波器
滤除已调信号频带以外的噪声
理想情况下
滤波器会让已调信号无失真的通过
而噪声则变为窄带高斯噪声
所以解调器的输入
为已调信号与窄带高斯噪声的合成波
根据实际的调制方式
解调器可以是相干解调器或包络检波器
其输出中的基带信号成分用s₀(t)表示
而噪声成分为n₀(t)
所以
研究系统信噪比增益的关键
就是求出这四个信号分量各自的功率
首先来看相干解调
几种线性调制方式的相干解调器结构
基本完全相同
都由乘法器和低通滤波器组成
我们以DSB信号的传输为例
对于DSB系统
解调器的输入信号
为基带信号与相干载波的乘积
平均功率为其均方值
等于基带信号平均功率的二分之一
为了使已调信号无失真通过
同时尽可能的滤除带外噪声
带通滤波器的传输特性通常如图所示
其中心频率等于载波频率fc
带宽恰好等于已调信号的带宽B
增益为1
高斯白噪声经过该滤波器后
将成为窄带高斯噪声
可表示为噪声同相分量与正交分量的组合
若噪声的双边功率谱密度为二分之n₀
易得窄带高斯噪声的平均功率
等于n₀乘以B
再考虑解调器的输出
由于是线性系统
所以可以分别计算已调信号和噪声
单独经过解调器后各自的输出功率
DSB信号与解调载波相乘后
乘法器的输出中
将包含低频分量和高频分量
经低通滤波器后可得
解调器输出的基带信号
在幅度上为原信号的二分之一
那么其平均功率
就为原基带信号平均功率的四分之一
当然
系统在解调DSB信号的同时
窄带高斯噪声也会经过同样的处理
它与解调载波相乘后
乘法器的输出中
将包含一项低频分量和两项高频分量
经低通滤波器后
可以得到解调器的噪声输出为
窄带高斯噪声同相分量的二分之一
所以输出噪声的功率
为同相分量功率的四分之一
由于窄带高斯噪声的同相分量和正交分量
也都为高斯随机过程
其平均功率都与窄带高斯噪声
本身的平均功率相等
所以解调器输出的噪声功率实际
就为输入噪声功率的四分之一
由此可得
DSB调制系统的调制制度增益等于2
这说明
DSB信号的解调器使信噪比提高了一倍
这是因为采用相干解调
把噪声中的正交分量（ns(t)）抑制掉了
因此使噪声功率减半
AM系统和SSB系统的性能分析方法
与DSB系统的完全一致
对具体的推导过程不再赘述
AM系统的调制制度增益
与调制信号和载波的相对功率有关
在单音100%调制时也仅为三分之二
所以其抗噪声性能不如DSB系统
SSB系统的调制制度增益为1
也不如DSB系统
这是由于SSB信号
也是由同相分量和正交分量组成的
在相干解调过程中
其正交分量会和噪声的正交分量一样被抑制掉
故信噪比没有改善
但需要注意的是
虽然SSB系统的调制制度增益
仅为DSB系统的一半
但是不能因此就说双边带系统的抗噪性能
优于单边带系统
从下式中也可以看
当输入已调信号的功率
以及噪声的功率谱密度相同时
由于SSB信号的带宽仅为DSB信号的一半
所以通过带通滤波器的噪声功率
也为DSB系统中的一半
两种系统最终的输出信噪比相等
因此
二者的抗噪性能是相同的
VSB系统中残留边带滤波器的传输函数
是不确定的
所以难以得到具有一般性的解析结果
但在滤波器滚降范围不大的情况下
可将VSB信号近似看成SSB信号
此时其抗噪性能与单边带系统基本相同
我们再来考虑非相干解调
线性调制系统中只有AM系统
可采用包络检波法进行非相干解调
解调器输入端的信号功率
可根据AM信号的表达式求得
而噪声功率也与之前无异
这里直接给出结果
包络检波器的输出是信号与噪声合成波的包络
我们很难从这个结果中
将有用信号与噪声完全分开
以计算它们各自的输出功率
为简化计算
我们只考虑两种特殊情况
当输入信号的功率远大于噪声功率时
可忽略最后一项
经过隔直流处理后
可得
输出信号仅为基带信号
与噪声的同相分量之和
这样就能够分别计算二者的平均功率
从而得到调制制度增益
可以看到
其调制制度增益与相干解调的完全相同
所以对AM系统
在大信噪比时
采用包络检波与采用相干解调的性能
几乎完全相同
由于包络检波更为简单
因此被广泛应用
当噪声功率远大于信号功率时
信号的包络几乎只由噪声决定
无法得到调制信号
包络解调失败
在这种情况下
输出信噪比不是按比例地
随着输入信噪比下降
而是急剧恶化
这种现象称为门限效应
开始出现门限效应时的输入信噪比
称为门限值
一旦出现门限效应
系统将无法正常工作
本讲的内容就是这些
谢谢大家
-1.1 通信系统的基本概念
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--习题
-1.2 通信系统的组成
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-1.3 信息及其度量
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-1.4 通信系统的主要性能指标
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-讨论题：分析比较模拟通信和数字通信的各自有缺点和应用场景。
-课程思政
-课程使用教材
--教材介绍
-2.1 信道的基本概念
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-2.2 恒参信道分析
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-2.3 随参信道及其对所传信号的影响
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-2.4 随机过程基础
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-2.5 平稳随机过程
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-2.6 白噪声
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-2.7 高斯噪声
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-2.8 信号系统与噪声的关系
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-2.9 信道容量的概念
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-2.10 m序列的产生
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-2.11 m序列的性质
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-讨论题：结合实际生活或者工程实践，谈一下香农定理的意义所在。
-课程思政
-3.1 常规双边带调幅
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-3.2 抑制载波的双边带调制
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-3.3 单边带调制
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-3.4 残留边带调制
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-3.5 线性系统的抗噪声性能
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-3.6 角度调制的基本概念
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-3.7 频率调制FM
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-课程思政
-4.1 数字基带信号的常用码型
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-4.2 数字基带信号的频谱特性
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-4.3 数字基带传输系统
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-4.4 无码间串扰的基本思想
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-4.5 无码间串扰的基带传输系统
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-4.6 数字基带传输系统的性能分析
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-4.7 眼图
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-课程思政
-5.1 2ASK的基本原理
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-5.2 2ASK的抗噪声性能分析
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-5.3 2FSK的基本原理
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-5.4 2FSK的抗噪声性能分析
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-5.5 2PSK的基本原理和抗噪声性能
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-5.6 2DPSK的基本原理和抗噪声性能
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-5.7 二进制数字调制系统的性能比较
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-讨论题：2FSK信号的频谱的波峰有什么特点，与什么因素有关？
-6.1 假设检验模型
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-6.2 错误概率最小准则
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-6.3 二元确知信号的最佳接收机结构
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-6.4 匹配滤波器原理
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-6.5 匹配滤波器性质及应用
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-7.1 低通抽样定理
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-7.2 量化的基本概念和均匀量化
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-7.3 非均匀量化
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-7.4 13折线法的码位安排
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-7.5 简单增量调制
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-7.6 改进型增量调制
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-7.7 时分复用和多路数字电话系统
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-7.8 哈夫曼编码
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-8.1 信道编码基础
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-8.2 分类和工作方式
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-8.3 常用简单分组码
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-8.4 线性分组码的基本概念
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-8.5 线性分组码的矩阵描述
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-8.6 循环码的基本概念
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-8.7 循环码的矩阵描述
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-8.8 循环码代数形式的编译码
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-9.1 同步的定义与分类
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-9.2 载波同步
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-9.3 载波同步的性能分析
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-9.4 位同步
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-9.5 位同步的性能分析
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-9.6 群同步
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-9.7 群同步的性能分析
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